KR102353069B1 - Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched mtj cells to reduce conductive re-deposition - Google Patents
Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched mtj cells to reduce conductive re-deposition Download PDFInfo
- Publication number
- KR102353069B1 KR102353069B1 KR1020190104731A KR20190104731A KR102353069B1 KR 102353069 B1 KR102353069 B1 KR 102353069B1 KR 1020190104731 A KR1020190104731 A KR 1020190104731A KR 20190104731 A KR20190104731 A KR 20190104731A KR 102353069 B1 KR102353069 B1 KR 102353069B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- mtj
- hard mask
- etching
- mtj stack
- Prior art date
Links
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 18
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PRPAGESBURMWTI-UHFFFAOYSA-N [C].[F] Chemical compound [C].[F] PRPAGESBURMWTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910004541 SiN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 claims description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 5
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 4
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 moisture Substances 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/01—Manufacture or treatment
-
- H01L43/12—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F41/308—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices lift-off processes, e.g. ion milling, for trimming or patterning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/32—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying conductive, insulating or magnetic material on a magnetic film, specially adapted for a thin magnetic film
- H01F41/34—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying conductive, insulating or magnetic material on a magnetic film, specially adapted for a thin magnetic film in patterns, e.g. by lithography
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
- H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
- H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
-
- H01L43/02—
-
- H01L43/08—
-
- H01L43/10—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/80—Constructional details
- H10N50/85—Magnetic active materials
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
Abstract
자기 터널링 접합(MTJ) 구조체를 에칭하는 방법이 개시된다. MTJ 스택은 바닥 전극 상에 성막되고, MTJ 스택은 적어도 피닝 층, 피닝 층 상의 장벽 층, 및 장벽 층 상의 자유 층을 포함한다. 최상부 전극 층은 MTJ 스택 상에 성막된다. 하드 마스크는 최상부 전극 층 상에 성막된다. 최상부 전극 층 및 하드 마스크가 에칭된다. 그 후에, 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 MTJ 스택이 에칭되고 피닝 층에서 또는 피닝 층 내에서 정지된다. 그 후에, 캡슐화 층은 부분적으로 에칭된 MTJ 스택 위에 성막되고 수평 표면 상에서 에칭되어 부분적으로 에칭된 MTJ 스택의 측벽 상에 자기 정렬 하드 마스크를 남긴다. 최종적으로, 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 나머지 MTJ 스택 및 자기 정렬 하드 마스크가 에칭되어 MTJ 구조체를 완성한다.A method of etching a magnetic tunneling junction (MTJ) structure is disclosed. The MTJ stack is deposited on the bottom electrode, the MTJ stack comprising at least a pinning layer, a barrier layer on the pinning layer, and a free layer on the barrier layer. A top electrode layer is deposited on the MTJ stack. A hard mask is deposited on the top electrode layer. The top electrode layer and hard mask are etched. Thereafter, the MTJ stack not covered by the hard mask is etched and stopped at or within the pinning layer. An encapsulation layer is then deposited over the partially etched MTJ stack and etched on a horizontal surface to leave a self-aligned hard mask on the sidewalls of the partially etched MTJ stack. Finally, the remaining MTJ stack not covered by the hard mask and the self-aligned hard mask are etched to complete the MTJ structure.
Description
본원은, 자기 터널링 접합(magnetic tunneling junction; MTJ)의 일반적인 분야, 특히 MTJ 구조체를 형성하기 위한 에칭 방법에 관한 것이다.BACKGROUND This disclosure relates to the general field of magnetic tunneling junctions (MTJs), and more particularly to etching methods for forming MTJ structures.
자기 저항 랜덤 액세스 메모리(magnetoresistive random-access memory; MRAM) 디바이스의 제조는 일반적으로 금속 및 유전체의 많은 층이 성막되고 전기 접속 용 전극뿐만 아니라 자기 저항 스택을 형성하도록 패터닝되는 일련의 프로세싱 단계를 포함한다. 각 MRAM 디바이스 내의 자기 터널 접합(MTJ)을 규정하기 위해, 포토리소그래피 및 반응성 이온 에칭(RIE), 이온 빔 에칭(IBE), 또는 이들의 조합을 포함하는 정확한 패터닝 단계가 일반적으로 관련된다. RIE 동안, 고 에너지 이온은 포토레지스트에 의해 마스킹되지 않은 영역에서 수직으로 물질을 제거하여, 하나의 MTJ 셀을 다른 MTJ 셀로부터 분리시킨다.Fabrication of magnetoresistive random-access memory (MRAM) devices typically involves a series of processing steps in which many layers of metal and dielectric are deposited and patterned to form magnetoresistive stacks as well as electrodes for electrical connections. . To define the magnetic tunnel junction (MTJ) within each MRAM device, photolithography and precise patterning steps including reactive ion etching (RIE), ion beam etching (IBE), or combinations thereof are generally involved. During RIE, high-energy ions remove material vertically in areas not masked by the photoresist, separating one MTJ cell from another.
그러나, 고 에너지 이온은 또한 제거되지 않은 물질, 산소, 수분, 및 다른 화학 물질과 측방으로(laterally) 반응하여 측벽 손상을 야기하고 디바이스 성능을 저하시킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, MTJ 스택을 에칭하기 위해, Ar RIE 또는 이온 빔 에칭(IBE) 등의 순수 물리적 에칭 기술이 적용되었다. 그러나, 비휘발성 특성으로 인해, MTJ 및 하부 전극 내의 물리적으로 에칭된 도전성 물질은 터널 장벽에 걸쳐 연속 경로를 형성하여, 단락된 디바이스를 초래할 수 있다. 미래의 60nm 이하의 MRAM 제품을 패터닝하기 위해 이 물리적 에칭의 잠재력을 최대한 발휘하려면 이러한 딜레마를 극복하기 위한 새로운 접근법이 필요하다.However, high energy ions can also react laterally with unremoved materials, oxygen, moisture, and other chemicals, causing sidewall damage and degraded device performance. To solve this problem, pure physical etching techniques such as Ar RIE or ion beam etching (IBE) were applied to etch the MTJ stack. However, due to their non-volatile nature, the physically etched conductive material in the MTJ and bottom electrode can form a continuous path across the tunnel barrier, resulting in a shorted device. A novel approach to overcoming this dilemma is needed to unlock the full potential of this physical etch for patterning future sub-60nm MRAM products.
몇몇 참고문헌은 미국 특허 9,793,126(Dhindsa 등), 9,722,174(Nagel 등), 및 8,883,520(Satoh 등)을 포함하여 MTJ를 형성하는 다단계 에칭 방법을 교시하고 있다. 이들 참조문헌은 모두 본 개시와 상이하다.Several references teach multi-step etching methods for forming MTJs, including US Pat. Nos. 9,793,126 (Dhindsa et al.), 9,722,174 (Nagel et al.), and 8,883,520 (Satoh et al.). All of these references are different from the present disclosure.
본 개시의 목적은, MTJ 구조체를 형성하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present disclosure to provide an improved method of forming an MTJ structure.
본 개시의 또 다른 목적은, 화학적 손상 및 물리적 단락을 회피하기 위한 물리적 언더 에칭을 사용하여 MTJ 디바이스를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is to provide a method of forming an MTJ device using physical under etch to avoid chemical damage and physical shorting.
본 개시의 다른 목적은, 화학적 손상 및 물리적 단락을 회피하기 위한 물리적 언더 에칭을 사용하여, 별도(separate)의 비상호작용(non-interacting) MTJ 셀이 캡슐화 물질을 자기 정렬 프로세스로 사용하여 만들어지는, MTJ 디바이스를 형성하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present disclosure is that a separate, non-interacting MTJ cell is made using an encapsulating material as a self-aligning process, using physical under etch to avoid chemical damage and physical shorting. It is to provide a method of forming an MTJ device.
본 개시의 목적에 따르면, 자기 터널링 접합(MTJ) 구조체를 에칭하기 위한 방법이 달성된다. MTJ 스택은 하부 전극 상에 성막되고, MTJ 스택은 적어도 피닝된 층(pinned layer), 피닝된 층 상의 장벽 층, 및 장벽 층 상의 자유 층을 포함한다. 상부 전극 층은 MTJ 스택 상에 성막된다. 하드 마스크는 상부 전극 층 상에 성막된다. 상부 전극 층 및 하드 마스크가 에칭된다. 그 후에, 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 MTJ 스택이 에칭되고 피닝된 층 또는 시드 층에서 또는 피닝된 층 또는 시드 층 내에서 중단된다. 그 후에, 캡슐화 층이 부분적으로 에칭된 MTJ 스택 위에 성막되고 수평 표면 상에 에칭되어 부분적으로 에칭된 MTJ 스택의 측벽 상에 자기 정렬된 하드 마스크를 남긴다. 마지막으로, 하드 마스크 및 자기 정렬된 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 나머지 MTJ 스택이 에칭되어 MTJ 구조체를 완성한다.According to an object of the present disclosure, a method for etching a magnetic tunneling junction (MTJ) structure is achieved. An MTJ stack is deposited on the lower electrode, the MTJ stack comprising at least a pinned layer, a barrier layer on the pinned layer, and a free layer on the barrier layer. A top electrode layer is deposited on the MTJ stack. A hard mask is deposited on the top electrode layer. The top electrode layer and hard mask are etched. Thereafter, the MTJ stack not covered by the hard mask is etched and stopped at or within the pinned layer or seed layer. An encapsulation layer is then deposited over the partially etched MTJ stack and etched onto a horizontal surface to leave a self-aligned hard mask on the sidewalls of the partially etched MTJ stack. Finally, the hard mask and the remaining MTJ stack not covered by the self-aligned hard mask are etched to complete the MTJ structure.
본 개시의 물질 부분을 형성하는 첨부 도면에서, 도 1 내지 도 6은 본 개시의 바람직한 실시형태에서의 단면도 표시 단계를 도시한다.In the accompanying drawings that form part of the material of the present disclosure, FIGS. 1 to 6 show a cross-sectional display step in a preferred embodiment of the present disclosure.
통상적인 프로세스에서, 전체 MTJ 스택은 에칭의 단일 단계에 의해 또는 화학적 RIE나 물리적 Ar RIE 또는 IBE에 의해 패터닝된다. 따라서, MTJ 측벽 상에 화학적 손상 또는 물리적 단락이 발생한다. 본 개시의 프로세스에서, 우리는 첫번째로 물리적 재 성막을 최소화하기 위해 MTJ를 부분적으로 에칭한다. 이어서, 캡슐화 물질을 자기 정렬 하드 마스크로서 사용하여 나머지 MTJ가 에칭된다. 이러한 새로운 프로세스는 화학적 손상 및 물리적 단락을 동시에 회피한다. 또한, 에칭의 제2 단계는 자기 정렬 프로세스이며, 이는 특히 60nm 이하의 MRAM 디바이스에 대해 오버레이를 제어하기 어려운 복잡한 포토리소그래피 단계를 필요로 하지 않음을 의미한다.In a typical process, the entire MTJ stack is patterned by a single step of etching or by chemical RIE or physical Ar RIE or IBE. Thus, chemical damage or physical shorting occurs on the MTJ sidewall. In the process of the present disclosure, we first partially etch the MTJ to minimize physical re-deposition. The remaining MTJs are then etched using the encapsulating material as a self-aligned hard mask. This new process avoids chemical damage and physical short circuit simultaneously. In addition, the second step of etching is a self-aligning process, which means that it does not require complex photolithography steps that are difficult to control the overlay, especially for MRAM devices below 60 nm.
본 개시의 프로세스에서, 화학적 손상은 없지만 측벽 상에 도전성 재 성막 만이 존재하도록, MTJ 스택이 먼저 Ar 및 Xe와 같은 상이한 가스 플라즈마를 사용하여 RIE 또는 IBE와 같은 물리적 에칭에 의해 부분적으로 에칭된다. 재 성막의 양은 에칭 양에 의존한다. 의도적으로 언더 에칭, 예를 들어 자유 층, 터널 장벽, 및/또는 피닝된 층 또는 시드 층의 일부만을 에칭 제거함으로써, 터널 장벽 측벽 상의 재 성막이 상당히 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 먼저 에칭된 MTJ를 보호하기 위해 캡슐화 물질이 성막된다. RIE 또는 IBE 에칭은 MTJ 패턴의 상부 및 하부 상에 있는 캡슐화 물질의 부분을 부분적으로 제거한다. 이어서, MTJ 측벽 상에 있는 캡슐화 물질을 자기 정렬 하드 마스크로서 사용하여, 나머지 MTJ가 에칭되고, 별도의 비상호작용 MTJ 셀이 생성된다. 어떤 타입의 에칭이 사용되든지, 자유 층 및 터널 장벽 층은 캡슐화 물질의 보호로 인해 이 단계에 의해 영향을 받지 않으므로 높은 디바이스 성능을 유지한다.In the process of the present disclosure, the MTJ stack is first partially etched by physical etching such as RIE or IBE using different gas plasmas such as Ar and Xe so that there is no chemical damage but only a conductive re-deposition on the sidewalls. The amount of re-deposition depends on the amount of etching. By intentionally under-etching, eg, etching away only a portion of the free layer, tunnel barrier, and/or pinned or seed layer, re-deposition on the tunnel barrier sidewall can be significantly reduced or eliminated entirely. First, an encapsulating material is deposited to protect the etched MTJ. The RIE or IBE etch partially removes portions of the encapsulating material on top and bottom of the MTJ pattern. The remaining MTJs are then etched away using the encapsulating material on the MTJ sidewalls as a self-aligned hard mask, creating a separate non-interacting MTJ cell. Whatever type of etching is used, the free layer and tunnel barrier layer are not affected by this step due to the protection of the encapsulating material, thus maintaining high device performance.
이제 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 개시의 새로운 방법을 상세히 설명한다. 이제 도 1을 특히 더 참조하면, 도시되지 않은 기판 상에 형성된 하부 전극이 도시되어 있다. 이제, 자기 터널 접합을 형성하기 위해 하부 전극 상에 층들이 성막된다. 예를 들어, 시드 층(12), 피닝된 층(14), 터널 장벽 층(16), 및 자유 층(18)이 성막된다.Referring now to FIGS. 1 to 6 , the novel method of the present disclosure will be described in detail. With further particular reference now to FIG. 1 , there is shown a lower electrode formed on a substrate, not shown. Now, layers are deposited on the bottom electrode to form a magnetic tunnel junction. For example, a
하나 이상의 피닝된 층, 장벽 층, 및/또는 자유 층이 있을 수 있다. Ta, TaN, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni, 또는 이들의 합금과 같은 금속 하드 마스크(20)가 10-100nm, 그리고 바람직하게는 ≥50nm의 두께로 MTJ 스택의 상부 상에 성막된다. 이 하드 마스크는 상부 전극으로서 사용될 것이다. 마지막으로, SiO2, SiN, SiON, SiC, 또는 SiCN과 같은 유전체 하드 마스크 물질(22)이 상부 전극(20) 상에 ≥20nm의 두께로 성막된다. 예를 들어, 포토레지스트는 248nm 포토리소그래피에 의해 패터닝되어, ~ 70-80nm의 사이즈 d1 및 높이 ≥200nm의 포토레지스트 필라 패턴(pillar pattern)(24)을 형성한다.There may be one or more pinned layers, barrier layers, and/or free layers. A metal
이제 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 및 금속 하드 마스크(22 및 20)는, CF4 또는 CHF3 만으로 또는 Ar 및 N2와 혼합된 것 등의 불소 탄소 기반 플라즈마에 의해 에칭된다. 필라 사이즈 d2를 50-60nm로부터 30-40nm로 감소시키기 위해 O2를 첨가할 수 있다. 또한, 물리적 RIE 또는 IBE(순수한 Ar)에 의해 에칭된 후, 큰 각도(필라의 법선에 대해 70-90도) IBE 트리밍을 수행하여 필라 사이즈 d2를 30-40nm로 형성할 수 있다.As now shown in Figure 2, dielectric and metal
이제 도 3을 참조하면, 터널 장벽 상의 금속 재 성막을 최소화하기 위해, 유사한 패턴 사이즈를 가진 피닝된 층 또는 시드 층 상에 물리적 RIE(순수 Ar 또는 Xe) 또는 IBE 스토핑(stopping)을 사용하여 MTJ 스택이 부분적으로 에칭된다. 물리적 에칭의 특성으로 인해, 화학적 손상이 없다. 부분적으로 에칭된 MTJ 스택의 높이(h)는 약 5 내지 30nm이다.Referring now to FIG. 3 , to minimize metal re-deposition on the tunnel barrier, MTJ using physical RIE (pure Ar or Xe) or IBE stopping on a pinned or seed layer with similar pattern size. The stack is partially etched. Due to the nature of physical etching, there is no chemical damage. The height h of the partially etched MTJ stack is about 5-30 nm.
이제 도 4에 도시된 바와 같이, 5-30nm의 두께(d4)를 갖는 Al2O3 또는 MgO 등의 금속 산화물 또는 SiN, SiC, SiCN, 탄소, 또는 TaC 등의 유전체 물질로 만들어진 캡슐화 물질(26)이 부분적으로 에칭된 MTJ 패턴 상에 CVD, PVD, 또는 ALD에 의해 인 시투(in-situ) 성막 또는 엑스 시투(ex-situ) 성막된다. 패턴의 상부 및 하부 상의 캡슐화 물질의 부분은 RIE 또는 IBE에 의해 에칭 제거되고, 도 5에 도시된 바와 같이, 10-30nm의 두께(d6)를 갖는 측벽 상의 캡슐화 스페이서(28)가 남는다. 스페이서에 사용된 물질에 따라, 이 에칭 단계를 위해 상이한 플라즈마가 사용될 수 있다. 예를 들어, CF4 또는 CHF3와 같은 불소 탄소 기반 플라즈마는 SiN, SiC, 및 SiCN에 사용될 수 있고, O2는 탄소, CF4, 또는 CHF3와 같은 불소 탄소 또는 Cl2와 같은 할로겐, 또는 이들의 조합에 적용될 수 있으며, TaC에 사용될 수 있고, Cl2 단독 또는 Ar과 혼합된 할로겐은 Al2O3 및 MgO에 사용될 수 있다.4, an
마지막으로, MTJ 패턴의 측벽 상에 남겨진 캡슐화(28)를 도 6에 도시된 바와 같이 자기 정렬 하드 마스크로서 사용하여, 피닝된 층(14) 및/또는 시드 층(12)과 같은 나머지 MTJ 스택이 RIE 또는 IBE에 의해 에칭될 수 있다. RIE 에칭이 사용될 때, 이 방법에 의해 제조되는 피닝된 층 및 시드 층이 자유 층보다 크기 때문에, 피닝된 층 및 시드 층 상의 화학적 손상은 자유 층과 정렬되는 중심 부분에 영향을 주지 않을 것이다. 물리적 RIE 또는 IBE가 사용될 때, 피닝된 층 및 시드 층으로부터의 금속 재 성막은 캡슐화의 보호로 인해 터널 장벽과 접촉하지 않을 것이다. 이 피닝된 층 에칭 및 시드 층 에칭은 자기 정렬 단계이며, 이는 일반적으로 60nm 이하의 MRAM 디바이스 제조와 연관된 오버레이 제어 문제가 없음을 의미한다.Finally, using the
더 중요한 것은, 피닝된 층 및 시드 층의 사이즈는 하드 마스크 역할을 하는 캡슐화 측벽의 두께에 크게 의존하며, 이는 초기 성막 두께 및 이후 에칭 조건에 의해 결정된다. 이러한 파라미터를 조정함으로써, 디바이스 설계에 따라 피닝된 층 및 시드 층의 사이즈를 정확하게 제어할 수 있다. 예를 들어, 자유 층의 측벽 상에 10-20nm의 두께(d8)를 갖는 두꺼운 스페이서를 생성하여, 나중에 정의된 터널 장벽 및 피닝된 층의 사이즈가 40-50nm의 d3의 자유 층보다 큰 50-60nm의 사이즈(d7)가 되도록 할 수 있다. 이는 강력한 피닝 강도, 에너지 장벽 증가, 및 스위칭 전류 감소를 가능하게 하기 때문에 소형 셀 사이즈 디바이스에 특히 중요하다.More importantly, the size of the pinned layer and seed layer is highly dependent on the thickness of the encapsulation sidewall, which acts as a hard mask, which is determined by the initial deposition thickness and subsequent etching conditions. By adjusting these parameters, it is possible to precisely control the size of the pinned layer and the seed layer according to the device design. For example, by creating a thick spacer with a thickness d8 of 10-20 nm on the sidewall of the free layer, the size of the later defined tunnel barrier and pinned layer is larger than the free layer of d3 of 40-50 nm. It can be set to a size (d7) of 60 nm. This is particularly important for small cell size devices as it enables strong pinning strength, increased energy barrier, and reduced switching current.
요약하면, 본 개시의 프로세스는 화학적 손상 및 물리적 단락을 회피하기 위해 물리적 언더 에칭을 사용한다. 또한, 개별 및 비상호작용 MTJ 셀은 캡슐화 물질을 자기 정렬 프로세스로 사용하여 만들어지며, 이는 일반적으로 60nm 이하의 MRAM 디바이스 제조와 연관된 오버레이 제어 문제가 없음을 의미한다. 따라서, 널리 사용되고, MTJ 측벽에 필연적으로 화학적 손상을 초래할 수 있는 화학적 RIE 에칭을 대체할 수 있다. 이 프로세스는, 작은 사이즈의 MRAM 칩에 대해, 화학적으로 손상된 측벽 및 MTJ 스택 및 하부 전극으로부터의 재 성막과 연관된 문제가 심각해짐에 따라, 60nm보다 작은 사이즈의 MRAM 칩에 사용될 것이다.In summary, the process of this disclosure uses physical under etch to avoid chemical damage and physical shorting. In addition, discrete and non-interacting MTJ cells are made using the encapsulating material in a self-aligned process, which means there are no overlay control issues typically associated with sub-60nm MRAM device fabrication. Therefore, it is widely used and can replace chemical RIE etching, which can inevitably cause chemical damage to MTJ sidewalls. This process will be used for MRAM chips with sizes smaller than 60 nm, as the problems associated with chemically damaged sidewalls and re-deposition from MTJ stacks and bottom electrodes become more serious for smaller sized MRAM chips.
본 개시의 바람직한 실시형태가 예시되었고, 그 형태가 상세히 설명되었지만, 본 개시의 사상으로부터 또는 청구범위의 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 것이다.While preferred embodiments of the present disclosure have been illustrated and the forms have been described in detail, those skilled in the art will readily appreciate that various modifications may be made without departing from the spirit of the disclosure or the scope of the claims.
Claims (20)
하부 전극 상에 MTJ 스택 - 상기 MTJ 스택은 적어도 시드 층, 상기 시드 층 상의 피닝된 층(pinned layer), 상기 피닝된 층 상의 장벽 층, 및 상기 장벽 층 상의 자유 층을 포함함 - 을 성막하는 단계;
상기 MTJ 스택 상에 상부 전극 층을 성막하는 단계;
상기 상부 전극 층 상에 하드 마스크를 성막하는 단계;
제1 에칭 프로세스로 상기 상부 전극 층 및 상기 하드 마스크를 제1 에칭하는 단계;
그 후에, 상기 제1 에칭 프로세스와 상이한 제2 에칭 프로세스로, 상기 하드 마스크를 마스크로서 사용하여 상기 MTJ 스택을 제2 에칭하고, 상기 피닝된 층에서 또는 상기 피닝된 층 내에서 중단하는 단계;
그 후에, 부분적으로 에칭된 상기 MTJ 스택 위에 캡슐화 층을 성막하고, 수평 표면 상의 상기 캡슐화 층을 에칭 제거하여, 상기 부분적으로 에칭된 MTJ 스택의 측벽 상에 자기 정렬 하드 마스크를 남기는 단계; 및
그 후에, 상기 하드 마스크 및 상기 자기 정렬 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 나머지 상기 MTJ 스택을 제3 에칭하여 상기 MTJ 구조체를 완성하는 단계 - 상기 하부 전극이 상기 시드 층보다 폭이 넓도록 상기 시드 층을 상기 제3 에칭함 -
를 포함하는, MTJ 구조체를 제조하는 방법.A method of manufacturing a magnetic tunneling junction (MTJ) structure, comprising:
depositing an MTJ stack on a lower electrode, the MTJ stack comprising at least a seed layer, a pinned layer on the seed layer, a barrier layer on the pinned layer, and a free layer on the barrier layer ;
depositing a top electrode layer on the MTJ stack;
forming a hard mask on the upper electrode layer;
first etching the top electrode layer and the hard mask with a first etching process;
thereafter, in a second etch process different from the first etch process, a second etch of the MTJ stack using the hard mask as a mask, stopping at or within the pinned layer;
thereafter, depositing an encapsulation layer over the partially etched MTJ stack and etching away the encapsulation layer on a horizontal surface, leaving a self-aligned hard mask on sidewalls of the partially etched MTJ stack; and
thereafter, a third etching of the hard mask and the remaining MTJ stack not covered by the self-aligned hard mask to complete the MTJ structure - forming the seed layer such that the lower electrode is wider than the seed layer said third etched -
A method of manufacturing an MTJ structure comprising a.
상기 상부 전극 층은 Ta, TaN, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni, 또는 이들의 합금을 포함하고, 상기 하드 마스크는 SiO2, SiN, SiON, SiC, 또는 SiCN을 포함하는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
The upper electrode layer includes Ta, TaN, Ti, TiN, W, Cu, Mg, Ru, Cr, Co, Fe, Ni, or an alloy thereof, and the hard mask is SiO 2 , SiN, SiON, SiC, Or comprising SiCN, a method of manufacturing an MTJ structure.
상기 하드 마스크 및 상기 상부 전극 층은, CF4 또는 CHF3만을 포함하거나 Ar 및 N2와 혼합된 것을 포함하는 불소 탄소 기반 플라즈마에 의해 에칭되고, 상기 하드 마스크의 패턴 사이즈를 감소시키기 위해 O2가 선택적으로 첨가되거나, 또는 상기 하드 마스크의 패턴 사이즈를 감소시키기 위해 물리적 반응성 이온 에칭(reactive ion etching; RIE) 또는 이온 빔 에칭(ion beam etching; IBE)에 의해 그리고 후속하는 큰 각도 IBE 트리밍에 의해 에칭되는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
The hard mask and the upper electrode layer are etched by a fluorine carbon-based plasma containing only CF 4 or CHF 3 or mixed with Ar and N 2 , and O 2 is added to reduce the pattern size of the hard mask. optionally added or etched by physical reactive ion etching (RIE) or ion beam etching (IBE) and subsequent large angle IBE trimming to reduce the pattern size of the hard mask The method of manufacturing the MTJ structure.
상기 제2 및 제3 에칭은 Ar 또는 Xe 가스 플라즈마를 사용하는 물리적 반응성 이온 에칭 또는 이온 빔 에칭을 포함하는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
wherein the second and third etching include physically reactive ion etching or ion beam etching using Ar or Xe gas plasma.
상기 MTJ 스택의 측벽에 대한 화학적 손상이 없으며, 상기 제2 에칭 후의 임의의 제1 도전성 금속 재 성막 및 상기 제3 에칭 후의 제2 도전성 금속 재 성막은 상기 자기 정렬 하드 마스크에 의해 서로 분리되는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
wherein there is no chemical damage to the sidewalls of the MTJ stack, and any first conductive metal re-deposition after the second etch and the second conductive metal re-deposition after the third etch are separated from each other by the self-aligning hard mask , a method of fabricating the MTJ construct.
상기 캡슐화 층을 성막하는 단계는, SiN, SiC, SiCN, 탄소, 또는 TaC를 포함하는 유전체 층, 또는 Al2O3 또는 MgO를 포함하는 금속 산화물을, 5-30nm의 두께까지, CVD(chamical vapor deposition), PVD(physical vapor deposition), 또는 ALD(atomic layer deposition)에 의해, 인 시투 또는 엑스 시투로 성막하는 단계를 포함하는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
The step of forming the encapsulation layer comprises: a dielectric layer comprising SiN, SiC, SiCN, carbon, or TaC, or a metal oxide comprising Al 2 O 3 or MgO to a thickness of 5-30 nm, chemical vapor (CVD) deposition), physical vapor deposition (PVD), or atomic layer deposition (ALD), comprising the step of forming a film in situ or ex situ, a method of manufacturing an MTJ structure.
상기 피닝된 층의 패턴 사이즈는 상기 자기 정렬 하드 마스크의 두께를 조정함으로써 제어되는 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
and the pattern size of the pinned layer is controlled by adjusting the thickness of the self-aligned hard mask.
상기 피닝된 층의 패턴 사이즈는 상기 자유 층의 패턴 사이즈보다 큰 것인, MTJ 구조체를 제조하는 방법.According to claim 1,
wherein the pattern size of the pinned layer is greater than the pattern size of the free layer.
하부 전극 상에 MTJ 스택 - 상기 MTJ 스택은 적어도 시드 층, 상기 시드 층 상의 피닝된 층, 상기 피닝된 층 상의 장벽 층, 및 상기 장벽 층 상의 자유 층을 포함함 - 을 성막하는 단계;
상기 MTJ 스택 상에 상부 전극 층을 성막하는 단계;
상기 상부 전극 층 상에 하드 마스크를 성막하는 단계;
제1 에칭 프로세스로 상기 상부 전극 층 및 상기 하드 마스크를 제1 에칭하는 단계;
그 후에, 상기 제1 에칭 프로세스와 상이한 제2 에칭 프로세스로, 상기 하드 마스크를 마스크로서 사용하여 상기 MTJ 스택을 제2 에칭하고, 상기 피닝된 층 또는 상기 시드 층에서 또는 상기 피닝된 층 또는 상기 시드 층 내에서 중단하는 단계;
그 후에, 부분적으로 에칭된 상기 MTJ 스택 위에 캡슐화 층을 성막하고, 수평 표면 상의 상기 캡슐화 층을 에칭 제거하여 상기 부분적으로 에칭된 MTJ 스택의 측벽 상의 자기 정렬 하드 마스크를 남기는 단계; 및
그 후에, 상기 하드 마스크 및 상기 자기 정렬 하드 마스크에 의해 커버되지 않은 나머지 상기 MTJ 스택을 제3 에칭하여 상기 MTJ 구조체를 완성하는 단계 - 상기 하부 전극의 상부 표면이 노출되도록 상기 시드 층을 상기 제3 에칭함 -
를 포함하는, MTJ 구조체를 제조하는 방법.A method of making a magnetic tunneling junction (MTJ) structure, comprising:
depositing an MTJ stack on a lower electrode, the MTJ stack comprising at least a seed layer, a pinned layer on the seed layer, a barrier layer on the pinned layer, and a free layer on the barrier layer;
depositing a top electrode layer on the MTJ stack;
forming a hard mask on the upper electrode layer;
first etching the top electrode layer and the hard mask with a first etching process;
Thereafter, with a second etching process different from the first etching process, the MTJ stack is second etched using the hard mask as a mask, and at or in the pinned layer or the seed layer stopping within a layer;
thereafter, depositing an encapsulation layer over the partially etched MTJ stack, and etching away the encapsulation layer on a horizontal surface to leave a self-aligned hard mask on sidewalls of the partially etched MTJ stack; and
thereafter, a third etching of the hard mask and the remaining MTJ stack not covered by the self-aligned hard mask to complete the MTJ structure - applying the seed layer to the third to expose the upper surface of the lower electrode Etched -
A method of manufacturing an MTJ structure comprising a.
하부 전극 상의 개별 및 비상호작용 MTJ 셀을 포함하고,
각각의 상기 MTJ 셀은,
상기 하부 전극 상의 시드 층, 상기 시드 층 상의 피닝된 층, 상기 피닝된 층 상의 장벽 층, 및 상기 장벽 층 상의 자유 층 - 상기 하부 전극은 상기 시드 층보다 폭이 넓음 - ;
상기 피닝된 층의 적어도 상부 부분 상에 있고 상기 시드 층의 상부 표면과 접촉하는 측벽 스페이서; 및
상기 자유 층 상의 상부 전극 층
을 포함하는 것인, MTJ 구조체.A magnetic tunneling junction (MTJ) structure comprising:
individual and non-interacting MTJ cells on the lower electrode;
Each of the MTJ cells,
a seed layer on the lower electrode, a pinned layer on the seed layer, a barrier layer on the pinned layer, and a free layer on the barrier layer, wherein the lower electrode is wider than the seed layer;
sidewall spacers on at least a top portion of the pinned layer and in contact with a top surface of the seed layer; and
top electrode layer on the free layer
A MTJ structure comprising a.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16/113,079 | 2018-08-27 | ||
US16/113,079 US10868237B2 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched MTJ cells to reduce conductive R-deposition |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20200024112A KR20200024112A (en) | 2020-03-06 |
KR102353069B1 true KR102353069B1 (en) | 2022-01-19 |
Family
ID=69412820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190104731A KR102353069B1 (en) | 2018-08-27 | 2019-08-26 | Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched mtj cells to reduce conductive re-deposition |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (4) | US10868237B2 (en) |
KR (1) | KR102353069B1 (en) |
CN (1) | CN110867512B (en) |
DE (1) | DE102019122404A1 (en) |
TW (1) | TWI724513B (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10868237B2 (en) * | 2018-08-27 | 2020-12-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched MTJ cells to reduce conductive R-deposition |
US11476415B2 (en) * | 2018-11-30 | 2022-10-18 | International Business Machines Corporation | Patterning magnetic tunnel junctions and the like while reducing detrimental resputtering of underlying features |
US11495743B2 (en) * | 2020-05-05 | 2022-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Non-volatile memory device and manufacturing technology |
US11765980B2 (en) | 2020-08-31 | 2023-09-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method for forming a hard mask with a tapered profile |
US20220310917A1 (en) * | 2021-03-24 | 2022-09-29 | Eugenus, Inc. | Encapsulation layer for chalcogenide material |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004128229A (en) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Nec Corp | Magnetic memory and its manufacture |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8981502B2 (en) * | 2010-03-29 | 2015-03-17 | Qualcomm Incorporated | Fabricating a magnetic tunnel junction storage element |
KR101168346B1 (en) | 2010-07-21 | 2012-07-25 | 에스케이하이닉스 주식회사 | Semiconductor Memory And Manufacturing Method Thereof |
US9793126B2 (en) | 2010-08-04 | 2017-10-17 | Lam Research Corporation | Ion to neutral control for wafer processing with dual plasma source reactor |
US8804413B2 (en) | 2012-02-07 | 2014-08-12 | Qualcomm Incorporated | Multi-free layer MTJ and multi-terminal read circuit with concurrent and differential sensing |
US8883520B2 (en) | 2012-06-22 | 2014-11-11 | Avalanche Technology, Inc. | Redeposition control in MRAM fabrication process |
US9196825B2 (en) * | 2013-09-03 | 2015-11-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Reversed stack MTJ |
US9269894B2 (en) | 2013-10-15 | 2016-02-23 | Everspin Technologies, Inc. | Isolation of magnetic layers during etch in a magnetoresistive device |
US9722174B1 (en) | 2014-10-01 | 2017-08-01 | Everspin Technologies, Inc. | Low dielectric constant interlayer dielectrics in spin torque magnetoresistive devices |
US9190260B1 (en) * | 2014-11-13 | 2015-11-17 | Globalfoundries Inc. | Topological method to build self-aligned MTJ without a mask |
US9793470B2 (en) * | 2015-02-04 | 2017-10-17 | Everspin Technologies, Inc. | Magnetoresistive stack/structure and method of manufacturing same |
US9502466B1 (en) | 2015-07-28 | 2016-11-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Dummy bottom electrode in interconnect to reduce CMP dishing |
US10516101B2 (en) * | 2015-07-30 | 2019-12-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Physical cleaning with in-situ dielectric encapsulation layer for spintronic device application |
US9685604B2 (en) * | 2015-08-31 | 2017-06-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Magnetoresistive random access memory cell and fabricating the same |
US9978934B2 (en) | 2015-10-30 | 2018-05-22 | Veeco Instruments Inc. | Ion beam etching of STT-RAM structures |
US9705071B2 (en) * | 2015-11-24 | 2017-07-11 | International Business Machines Corporation | Structure and method to reduce shorting and process degradation in STT-MRAM devices |
WO2017171795A1 (en) | 2016-03-31 | 2017-10-05 | Intel Corporation | Damascene-based approaches for fabricating a pedestal for a magnetic tunnel junction (mtj) device and the resulting structures |
US9972777B1 (en) | 2017-04-05 | 2018-05-15 | Headway Technologies, Inc. | MTJ device process/integration method with pre-patterned seed layer |
US10177308B2 (en) * | 2017-06-09 | 2019-01-08 | Avalanche Technology, Inc. | Method for manufacturing magnetic memory cells |
US10446743B2 (en) * | 2018-01-11 | 2019-10-15 | Qualcomm Incorporated | Double-patterned magneto-resistive random access memory (MRAM) for reducing magnetic tunnel junction (MTJ) pitch for increased MRAM bit cell density |
US10868237B2 (en) * | 2018-08-27 | 2020-12-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched MTJ cells to reduce conductive R-deposition |
-
2018
- 2018-08-27 US US16/113,079 patent/US10868237B2/en active Active
-
2019
- 2019-08-21 DE DE102019122404.7A patent/DE102019122404A1/en active Pending
- 2019-08-26 KR KR1020190104731A patent/KR102353069B1/en active IP Right Grant
- 2019-08-27 TW TW108130550A patent/TWI724513B/en active
- 2019-08-27 CN CN201910795362.7A patent/CN110867512B/en active Active
-
2020
- 2020-12-14 US US17/121,457 patent/US11444241B2/en active Active
-
2022
- 2022-07-29 US US17/816,035 patent/US11818961B2/en active Active
-
2023
- 2023-08-09 US US18/232,027 patent/US20230389435A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004128229A (en) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Nec Corp | Magnetic memory and its manufacture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200066972A1 (en) | 2020-02-27 |
US10868237B2 (en) | 2020-12-15 |
CN110867512A (en) | 2020-03-06 |
CN110867512B (en) | 2023-05-23 |
TW202013709A (en) | 2020-04-01 |
US20230389435A1 (en) | 2023-11-30 |
US20210098696A1 (en) | 2021-04-01 |
TWI724513B (en) | 2021-04-11 |
KR20200024112A (en) | 2020-03-06 |
US11818961B2 (en) | 2023-11-14 |
US11444241B2 (en) | 2022-09-13 |
US20220367793A1 (en) | 2022-11-17 |
DE102019122404A1 (en) | 2020-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102353069B1 (en) | Self-aligned encapsulation hard mask to separate physically under-etched mtj cells to reduce conductive re-deposition | |
US11088321B2 (en) | Highly selective ion beam etch hard mask for sub 60nm MRAM devices | |
KR102299219B1 (en) | Spacer Assist Ion Beam Etching of Spin Torque Magnetic Random Access Memory | |
US11985905B2 (en) | Highly physical ion resistive spacer to define chemical damage free sub 60nm MRAM devices | |
US11217746B2 (en) | Ion beam etching fabricated sub 30nm Vias to reduce conductive material re-deposition for sub 60nm MRAM devices | |
US11121314B2 (en) | Large height tree-like sub 30nm vias to reduce conductive material re-deposition for sub 60nm MRAM devices | |
US11145809B2 (en) | Multiple spacer assisted physical etching of sub 60nm MRAM devices | |
US10868242B2 (en) | Sub 60nm etchless MRAM devices by ion beam etching fabricated T-shaped bottom electrode | |
KR20200033188A (en) | Highly physical etch resistive photoresist mask to define large height sub 30nm via and metal hard mask for mram devices | |
US10756137B2 (en) | MTJ patterning without etch induced device degradation assisted by hard mask trimming |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |